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In den letzten Jahren intensivierten sich die Bemühungen, anisotropes Verhalten von Gesteinen in numerischen Modellen abzubilden. Für ein tiefgreifendes Verständnis dieser Prozesse sind numerische Modelle gut geeignet, da hier die Rand- und Anfangsbedingungen sehr exakt vorgegeben werden können, um das Verhalten eines pkysikalischen Systems unter vollständig kontrollierbaren Bedingungen zu studieren. Am Beispiel von Gneis wird ein numerisches Modell für die Modellierung einaxialer Druck- und Spaltzugversuche vorgestellt. Dieses nutzt den Diskreten-Element-Code 3DEC der Fa. Itasca Consulting Group, Inc. um gekoppeltes nichtlinear-anisotropes thermo-mechanisches Materialverhalten zu simulieren. In dieser Arbeit wird sowohl der Modellaufbau anhand eines GBM gezeigt, als auch ein Stoffgesetz zur Simulation eines nichtlinearen orthotropen thermischen Expansionsverhaltens entwickelt. Die dafür benötigten Modellparameter werden anhand von durchgeführten Laborversuchen kalibriert. Das entwickelte Modell wird dann angewendet, um die Modellierung einaxialer Druck- und Spaltzugversuchen für ein anisotropes Material (Gneis) durchzuführen, um das Modell zu validieren. Am Ende der Arbeit wird eine praktische Anwendung des Modells in Form eines Schneidversuchs gezeigt., In recent years, efforts have intensified to simulate the anisotropic behavior of rocks in numerical models. Numerical models are well suited for a profound understanding of these processes, since the boundary and initial conditions can be specified very precisely in order to study the behavior of a physical system under fully controllable conditions. Using the example of gneiss, a numerical model is presented for the modeling of uniaxial compression and Brazilian tensile tests. The discrete element code 3DEC from the company Itasca Consulting Group, Inc. is used to simulate coupled nonlinear- anisotropic thermo-mechanical material behavior. In this thesis the model generation is shown using Grain-Based Models and a material law for the simulation of a nonlinear orthotropic thermal expansion behavior is developed. The model parameters required for this are calibrated based on performed laboratory tests. The developed model is then applied to perform modeling of uniaxial compression and Brazilian tensile tests for an anisotropic material (gneiss) to validate the model. Lastly, a practical application of the model is shown in the form of a cutting test.

Das Vorhaben verfolgt das Ziel der Implementierung einer neuartigen Technologie zur Fertigung elektrochemischer Energiespeicher als Alternative zu Li-basierten Batteriesystemen (LIB). Dabei soll es von den Ergebnissen eigener abgeschlossener bzw. aktuell laufender Verbundvorhaben profitieren und den systematischen Aufbau einschlägiger Kompetenzen im Sinne eines Transfers vervollständigen. Schwerpunktmäßig wird auf eine Festkörperbatterie für mobile hochvalente Ionen sowie die dazugehörige Fertigungstechnologie für Festkörperelektrolyte (FKE) und Elektroden, insbesondere mittels Kurzzeittempern mit Blitzlampen (engl. Flash Lamp Annealing – FLA) sowie Anodischem Oxidieren (AO) gesetzt. Wesentliche Vorteile sind die erzielbaren Energiedichten, die hohe Sicherheit, die umfassende Verfügbarkeit der Materialien sowie die Recyclierbarkeit der Systeme. Im Ergebnis soll neben einer detaillierten Komponente-Eigenschaft-Matrix (KEM) sowie Zellstudien, ein Prototyp in Einsatzumgebung als Voraussetzung für die industrielle Fertigung vorliegen. Die volumetrische Energiedichte kann potentiell doppelt bis viermal so hohe Werte im Vergleich zu kommerziellen LIB erreichen. Zudem ist ein Kostensenkungspotential von bis zu 20 % bezogen auf den Preis pro kWh gegeben. Das Erreichen der Ziele soll durch begleitendes Technologiemanagement und Systemanalyse unterstützt werden.

Im Jahr 2017 - 2018 wurden in Cottbus zwei solare Mehrfamilienhäuser (je 7 Wohneinheiten) gebaut und seit 2019 im bewohnten Zustand im Rahmen des Eversol-Projektes durch die TU Bergakademie Freiberg wissenschaftlich begleitet. Neben dem Energiekonzept (Solarthermie und Photovoltaik) war auch das Bewohnerverhalten aufgrund einer Pauschalmiete (Festpreis für Wohnen, Strom, Wärme und Kälte) von Interesse. Die im Detail untersuchten Gebäude in Cottbus erreichen die hohen planerischen solaren Deckungsgrade in der elektrischen Energieversorgung sehr gut (70 % - 77 %). Das Stromverbrauchsprofil ist vergleichbar mit Literaturwerten und weist keine Auffälligkeiten aufgrund von Pauschalmiete auf. Durch deutlichen Mehrverbrauch in der Wärmeversorgung wird der solare Wärmedeckungsgrad allerdings verfehlt (50 % - 55 %). Gründe sind hier neben einem hohen Komfortanspruch der Bewohner (hohe Raumtemperaturen) u. a. auch in einer fehlerhaften Thermostateinstellung und hohen Warmwasser-Vorlauftemperaturen zu sehen. Insgesamt weisen die Monitoringergebnisse jedoch nicht auf ein verschwenderisches Verhalten aufgrund der Pauschalmiete hin. Für zukünftige Projekte wird deutlich, dass sowohl elektrischer, als auch thermischer Speicher deutlich kleiner dimensioniert werden könnten, ohne einen großen Einfluss auf die Autarkie zu haben. Der Erfolg der Auskopplung von Strom- und Wärmeüberschüssen in das umliegende Quartier konnte nachgewiesen werden. Es besteht jedoch noch weiteres Potenzial durch eine intelligente Steuerung. Die in diesem Forschungsprojekt mit umgesetzte pauschalisierte Inklusivmiete / Pauschalmiete kann als ein wesentlicher zukünftiger Anreizfaktor für ein Umdenken im Neubau von gesetzlichen, energetischen Pflichtvorgaben hin zu ökologisch-wirtschaftlichen Lösungen, von denen Mieter wie Vermieter profitieren, angesehen werden. Die Kombination von Neubau mit Bestandsgebäuden zu einem Quartier, sowie die energetische Sanierung und Integration von regenerativen Energiequellen, As part of the Eversol project, two solar apartment blocks (7 units each) were built in 2017 - 2018 and were monitored since 2019 in an inhabited state as part of the Eversol project monitored scientifically by the TU Bergakademie Freiberg. Due to a flat-rate rent (fixed price for living, electricity, heating and cooling), the energy concept (solar thermal and photovoltaics) and the occupants' behaviour were of main interest. The high planned solar coverage rates for the electricity supply (70 % - 77 %) are very well achieved in the buildings analysed in detail in Cottbus. The electricity consumption profile is comparable with literature values and shows no anomalies due to flat-rate rent. However, the solar heat coverage is not achieved due to the significantly higher consumption in the heat supply (50 % - 55 %). In addition to the high comfort requirements of the occupants (high room temperatures), this is e. g. also due to incorrect thermostat settings and high hot water temperatures. On the whole, however, the monitoring results do not indicate any wasteful behaviour as a result of the flat-rate rent. For future projects, it is clear that both the electrical and thermal storage tanks could be significantly smaller without having a major impact on self-sufficiency. The success of exporting surplus electricity and heat to the surrounding neighbourhood has been proven, but there is further potential through intelligent control. The all-inclusive rent / flat-rate rent implemented in this research project can be seen as a significant future motivator for a rethinking in new buildings from legislative, mandatory energy requirements to ecological and economical solutions that benefit both tenants and landlords. Combining new buildings with existing buildings to form a quarter, as well as energy-efficient renovation and integration of renewable energy into existing buildings, has great potential in Germany and should be explored further to develope new rapid realisation

Die Technische Universität Bergakademie Freiberg verfolgt das Ziel, die Forschungsleistungen ihrer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sichtbar und zugänglich zu machen und die Verwertbarkeit dieser Leistungen für den künftigen Forschungsprozess sicherzustellen. Sie ist bestrebt, diese an der Hochschule erbrachten Forschungsleistungen, die sich ganz besonders in Form von Publikationen und der Häufigkeit ihrer Zitierungen zeigen, zur Geltung zu bringen. Dazu ist eine eindeutige Zuordnung der Forschenden zu den Publikationen, an denen sie mitgewirkt haben, sowie zu ihrer Hochschule (Affiliation) notwendig. Eine erhöhte Sichtbarkeit von Publikationen und die transparente Bewertung der damit verbundenen Forschungsleistung ermöglicht zugleich eine angemessene Qualitätssicherung. Diese ist sowohl für die Forschenden als auch für die Hochschule im nationalen und internationalen Vergleich sowie im Wettbewerb um Forschungsförderung und Kooperationspartner von besonderer Bedeutung.

PV solar cells and modules have to show high-efficiency at very low cost. The idea of the project is to understand and test the feasibility of an all-aluminum-silicon (AlSi)-wired solar cell and solar module enabling an easy cell string for module assembly. The cell is thought to be build up in the best case by a silicon wafer cleaned and passivated by dielectric layer which will be laser opened in lines or dashes or dots for contacting. The AlSi wires are used to contact the opened areas during high temperature treatment forming contacts to silicon with local doping. The main advantage of the concept is a much cheaper cell and module fabrication as a silver- and diffusion-doping-free solar cell is build, cell contacting and module cell string connection could be one process step (i.e. no paste screen-printing and no additional stringing), thus no copper nor silver is used. Solar cell structures of interest have to withstand the eutectic temperature of silicon, thus industrial PERC and TOPCon could be possible candidates.

The Technische Universität Bergakademie Freiberg (TUBAF) aims to make the research achievements of its academics visible and accessible and to ensure the usability of these achievements for the future research process. It endeavors to showcase the research achievements of the university, which are particularly evident in the form of publications and the frequency of their citations. This requires researchers to be clearly assigned to the publications they have contributed to and to their university (affiliation). Increased visibility of publications and transparent assessment of the associated research performance also facilitates appropriate quality assurance. This is of particular importance both for the researchers and for the university in national and international comparison as well as in the competition for research funding and cooperation partners.

Pattern formation on self deforming materials is playing an increasingly vital role in the study of many biological processes. An example is the cell cortex, a network of interlinked actin filaments connected to the inside of the cell membrane. The stiffness of these filaments makes the cortex rigid and gives the cortex a strong influence in the shape of the cell. Additionally, molecular turnover and motor proteins allow shape changes necessary for the cell to divide and to adapt to its environment. Due to the incredible number of proteins that make up the cell cortex, simulation of the molecular dynamics for the entire cortex is impossible. However, when considering a larger scale, these dynamics can be approximated, making it possible to model the cortex as an active viscoelastic surface. To implement this, we use the surface equivalent of a Maxwell material, additionally distinguishing between shear and dilational stress. The motor proteins are modelled by an advection diffusion equation on the surface combined with a concentration dependent surface tension. Surrounding the surface is a fluid modelled by the Navier-Stokes equations. We study the formation of patterns both analytically and numerically. In the analytical study the 2-dimensional curved surface is reduced to a flat 2-dimensional surface with periodic boundary conditions and no surrounding fluid. We then show, that despite the minimal complexity of this model, spatiotemporal patterns can develop on a viscoelastic surface if the relaxation times are different. For the numerical study the Arbitrary Lagrangian Eulerian method (ALE) is applied. The equations for the surface and bulk are solved separately, but this partial method is numerically unstable for dominantly viscous surfaces. With that in mind, we also implemented a monolithic model for viscous surfaces, solving the bulk and surface equations simultaneously. As a special case the influence of a chiral flow field on a sphere is studied. These chir

Die Sicherheit von Straßen-, Schienenfahrzeugen sowie von Flugzeugen erfordert hochbelastbare Bauteile aus Stahl, Eisen, Aluminium und Magnesium. Während des Herstellungsprozesses können Verunreinigungen in der Metallschmelze auftreten, die zu Defekten in Form von Einschlüssen führen. Die Reduzierung oder Entfernung dieser Einschlüsse ist schwierig oder manchmal sogar unmöglich. Der Sonderforschungsbereich 920 „Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration – ein Beitrag zu Zero Defect Materials“ konzentrierte sich auf die Erforschung einer neuen Generation von Metallqualitäten – auch beim Recycling – durch Schmelzefiltration mit überlegenen mechanischen Eigenschaften für höchstbeanspruchbare Komponenten in Sicherheits- und Leichtbaukonstruktionen. Der SFB 920 wurde von 2011 bis 2023 an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert (Projektnummer 169148856 – SFB 920) und nach 12 Jahren intensiver Forschungsarbeit erfolgreich beendet. Der Abschlussbericht des SFB 920 fasst die wichtigsten Publikationen und ausgewählte Ergebnisse zusammen.:1 Zusammenfassung / Summary 1 2 Die 50 wichtigsten veröffentlichten Ergebnisse 2 2.1 Publikationen mit wissenschaftlichen Qualitätssicherung 2 2.2 Weitere Publikationen und öffentlich gemachte Ergebnisse 4 3 Übersicht der Teilprojekte 5 4 Wissenschaftliche Entwicklung des Sonderforschungsbereichs 7 4.1 Einleitung, Vision und Thesen 7 4.2 Ausgewählte Ergebnisse 8 4.2.1 „Stahlschmelze-Filtration“ 8 4.2.2 „Aluminiumschmelze-Filtration“ 16 4.2.3 „Magnesiumschmelzefiltration“ 17 4.2.4 Beiträge der Simulation 18 4.2.5 Harz- und pechfreies Bindemittel für umweltfreundliche, reaktive Filter 20 4.2.6 Generatives Hybrid-Flammspritzverfahren 20 4.2.7 Transferprojekte 21 4.2.8 Zusammenfassende Bemerkungen 22 4.2.9 Management der Forschungsdaten 24 4.2.10 Literatur 24 4.3 Wissenschaftliche Veranstaltungen und Wissenschaftskommunikation 26 4.4 Nationale und internationale Koop, The safety of road and railway vehicles as well as aircrafts requires highly stressable components made of steel, iron, aluminum and magnesium. During the production process, contaminations can occur in the metal melt, which lead to defects in the form of inclusions. Reducing or removing these inclusions is difficult or sometimes impossible. The Collaborative Research Center 920 “Multi-functional filters for metal melt filtration – a contribution towards zero defect materials” focussed on research into a new generation of metal qualities - also during recycling - via melt filtration with superior mechanical properties for use in high-demand construction materials and light-weight structures. The CRC 920 was funded by the German Research Foundation (DFG, Deutsche Forschungsgemeinschaft) from 2011 to 2023 at the Technische Universität Bergakademie Freiberg (Project-ID 169148856 – SFB 920) and was successfully completed after 12 years of intensive research work. The final report of the CRC 920 presents the most important publications and selected results.:1 Zusammenfassung / Summary 1 2 Die 50 wichtigsten veröffentlichten Ergebnisse 2 2.1 Publikationen mit wissenschaftlichen Qualitätssicherung 2 2.2 Weitere Publikationen und öffentlich gemachte Ergebnisse 4 3 Übersicht der Teilprojekte 5 4 Wissenschaftliche Entwicklung des Sonderforschungsbereichs 7 4.1 Einleitung, Vision und Thesen 7 4.2 Ausgewählte Ergebnisse 8 4.2.1 „Stahlschmelze-Filtration“ 8 4.2.2 „Aluminiumschmelze-Filtration“ 16 4.2.3 „Magnesiumschmelzefiltration“ 17 4.2.4 Beiträge der Simulation 18 4.2.5 Harz- und pechfreies Bindemittel für umweltfreundliche, reaktive Filter 20 4.2.6 Generatives Hybrid-Flammspritzverfahren 20 4.2.7 Transferprojekte 21 4.2.8 Zusammenfassende Bemerkungen 22 4.2.9 Management der Forschungsdaten 24 4.2.10 Literatur 24 4.3 Wissenschaftliche Veranstaltungen und Wissenschaftskommunikation 26 4.4 Nationale und internationale Kooperationen 28 5 Schwerpunktbildung und internationale Sic

In der Arbeit wurde der stationäre wie instationäre Wärmetransport in exemplarischen Werkzeuggeometrien untersucht. Im Ergebnis konnten Wärmedurchgangswiderstände und instationäre Verläufe charakteristischer Temperaturen (Mitteltemperatur, Werkzeugwand- und Kanalwandtemperatur) in Abhängigkeit der Wand- und Kanalabstände sowie der Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden. Daraus wurden Auslegungsgrundlagen in Form von Gleichungen zur Bestimmung des Formfaktors der Wärmeleitung sowie der zeitlichen Verläufe der Werkzeugwandtemperatur, der Kanalwandtemperatur und der Wandtemperatur-inhomogenität erarbeitet. Dabei zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen den Gleichungen sowie experimentellen und numerischen Daten. Die Gleichungen erweitern den Wissenstand zur Auslegung von Temperierkanälen von Werkzeugen in variothermen Prozessen.

Um das Verständnis für physikalische und biologische Dynamiken zu verbessern, werden oft stellvertretend mathematische Modelle entwickelt, implementiert,validiert und analysiert. Die Entscheidung für oder gegen einen bestimmten Modelltyp, zum Beispiel ob die Auflösung in Raum und Zeit diskret oder kontinuierlich definiert ist, kann erheblichen Einfluss auf die Ergebnisse haben. Insbesondere bei der Untersuchung und Simulation der Dynamiken von biologischen Zellen, die häufig auch als biologische Flüssigkeiten (Biofluids) bezeichnet und in der Literatur oft mit physikalischen Flüssigkeiten verglichen werden, ist die Wahl des geeigneten Modelltyps nicht immer trivial. In diesem Zusammenhang stellt die vorliegende Arbeit drei verschiedene Szenarien vor. Unter Zuhilfenahme von unterschiedlichen mathematischen Modellen werden diese Szenarien dann untersucht. Dabei wird deutlich, dass trotz des ähnlichen Kontextes von physikalischen und biologischen Dynamiken je Szenario unterschiedliche Modelltypen besser geeignet sind und mitunter verschiedene Aussagen liefern. Daher muss für jedes dieser Szenarien die Entscheidung, welches Modell genommen wird und ob dieses in Raum und Zeit diskret oder kontinuierlich ist, neu evaluiert werden. Das erste Szenario befasst sich mit einer rein physikalischen Dynamik und beschreibt das Aufsteigen einer runden Flüssigkeitsblase innerhalb einer anderen Flüssigkeit. In diesem Zusammenhang wird auch häufig von zwei Phasen gesprochen. Dieser Fall dient auch als numerischer Benchmark-Test zur Bewertung der Genauigkeit von Zwei-Phasen-Modellen. Innerhalb dieses Kontextes werden oft Modelle verwendet, die kontinuierlich in Bezug auf Ort und Zeit sind. In der vorliegenden Arbeit wird stellvertretend das Cahn-Hilliard-Navier-Stokes-Modell verwendet. Vor allem wird ein neuer einfacher Diskretisierungsansatz für dieses Modell vorgestellt. Unter Verwendung eines Standard-Benchmark-Tests wird gezeigt, dass die Genauigkeit vergleichbar zu bisherigen Meth, Enhancing the understanding of physical and biological dynamics is crucial, which is why assisting mathematical models are often developed, implemented, validated, and analyzed. The decision for or against a particular model type, for example, whether the resolution in space and time is defined discretely or continuously, can considerably influence the results. Especially when investigating and simulating the dynamics of biological cells, also referred to as biological fluids and in the literature often compared to physical fluids, choosing the appropriate model type is not trivial in every case. This work presents three scenarios, which are further examined with the help of various mathematical models. Despite the similar context, dynamics of physical and biological fluids, some model types are more suited and deliver different results for each scenario. Therefore, the decision should be made new, depending on the scenarios, which model type is optimal, discrete, or continuous in space and time. The first scenario describes pure physical dynamics by the rise of a round fluid bubble within another fluid, which is often referred to as two phases. This setup also serves as a numerical benchmark test to evaluate the accuracy of physical two-phase-models. Within this context, the models used are often continuous regarding space and time. In this work, the Cahn-Hilliard-Navier-Stokes-model is chosen as a representative example. In particular, a new discretization approach for the model is introduced and evaluated by the previous benchmark test, which showcases that the new, more straightforward discretization approach leads to comparably precise results. The second scenario focuses on biological dynamics and describes the untreated growth of a tumor spheroid and further its behavior when exposed to \acl{rt}. These tumor spheroids are, in particular, 3D-assays of in-vitro experiments, which are 3D avascular aggregates of several thousand tumor cells mimicking tumor microa

Für die Fahrzeugsicherheit und die Bewertung von Fahrzeugstrukturen spielt die Entwicklung von Crashtest-Dummys eine zentrale Rolle. Diese menschenähnlichen Puppen werden bei Crashtests eingesetzt, um die Auswirkungen von Kollisionen auf den Körper zu untersuchen. Der Stand des Wissens zeigt, dass aktuelle Crashtest-Dummys nach dem Prinzip der Ermittlung von physikalischen Belastungsgrößen arbeiten. Die komplexe Verletzungsentstehung infolge von Verkehrsunfällen lässt sich damit nicht vollständig darstellen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung, Konstruktion und Erprobung eines neuartigen Dummys mit biofidelen Eigenschaften zur Darstellung komplexer Verletzungen. Es wird ein Konzept entwickelt, mit dem Verletzungen durch Materialschäden direkt am Dummy dargestellt werden können. Die Konstruktion des biofidelen Dummys orientiert sich an der menschlichen Anatomie und Trauma-Biomechanik. Mit der Auswahl unterschiedlicher Werkstoffe wird ein Dummy gefertigt, der viele komplexe Verletzungen direkt darstellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der biofidele Dummy in Schlittenversuchen und Crashtests untersucht. Die erfolgreiche Validierung des biofidelen Dummys zeigt, dass es möglich ist, eine Korrelation zwischen Materialschäden am Dummy und menschlichen Verletzungen herzuleiten.

Heutzutage werden im Mittel- und Großguss, durch die technologischen Vorteile, vorrangig kaltharzgebundene Formstoffe eingesetzt. Die organischen Formstoffbinder emittieren jedoch im Gießereibetrieb leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe. Der Zementformstoff stellt demzufolge auf Grund fehlender organischer Emissionen eine umweltfreundliche Alternative dar. Im Projekt „RapidZem“ wurde ein konkurrenzfähiger Schnellzement mit entsprechenden technologischen Eigenschaften entwickelt. Für den industriellen Einsatz war es jedoch zwingend erforderlich, dass dessen Regenerierbarkeit und Anwendung im Kreislauf nachgewiesen wird. Dementsprechend wurden in dieser Arbeit Methoden zur Regenerierung und Wiederverwendung des umweltfreundlichen Schnellzementformstoffes untersucht. Dabei wurde im industriellen Maßstab aufgezeigt, dass unter der Verwendung von Regenerat im Formstoffkreislauf beim Vollformverfahren gute Gussteile hergestellt werden können. Deren Qualität entspricht Gussstücken, die in Furanharzformen produziert wurden. Zur Regenerierung des Schnellzementformstoffes empfehlen sich mechanische Regenerierungsanlagen, die im Chargenbetrieb mit eingebauten Schleifkörpern arbeiten. Auf Grund der starken Haftung des Zementbinders am Sandkorn hat sich die Prallbelastung als ungeeignet erwiesen, da es entweder zu einer geringen Regenerierungsintensität oder einer Zerstörung der Sandkörner kommt. Mit der in dieser Arbeit erzielten Regeneratqualität kann ein Formstoff mit max. 93,3 % Regeneratanteil hergestellt werden, bei entsprechender Prozessführung ist ein Regeneratanteil von 93,3 bis 100 % als theoretisch realisierbar einzustufen. Der Schnellzementformstoff erzielt gegenüber furanharzgebundenen Formstoffen derzeit keine vollständige Kostenneutralität. Aber durch die Tatsache, dass der Schnellzement keinerlei leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe emittiert, stellt dieser dennoch eine Alternative zum Furanharz dar und zwar für Gießereien die sich an ihrem Standort mit verschärften A

Durch zunehmende Restriktionen in der Anwendung von halogenhaltigen Flammschutzmitteln (wie z.B. Tris(2-chlorisopropyl)phosphat) besteht Bedarf an halogenfreien Alternativen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige flüssige Flammschutzmittel für Polyurethan- und Polyisocyanurat-Hartschaumstoffe synthetisiert und charakterisiert. Als Ausgangsmaterialien dafür dienten sowohl s-Triazinchlorid als auch s-Heptazinchlorid. Die Derivate wurden mittels Michaelis-Arbuzov-Reaktion hergestellt und die erhaltenen Produkte anschließend charakterisiert. Ausgewählte hergestellte Verbindungen wurden in Hartschaummaterialien eingearbeitet und auf ihre Flammschutzeigenschaften getestet. Des Weiteren wurde der Einfluss unterschiedlicher Reaktionsbedingungen auf die Produktzusammensetzung untersucht. Es konnten positive Flammschutzeigenschaften für s-Triazinphosphonate nachgewiesen werden. Auch für die neu etablierte Substanzklasse der s−Heptazinphosphonate konnte eine flammhemmende Wirkung nachgewiesen werden.:Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Stickstoffreiche Verbindungen 2.1 Einführung in die Stoffklasse der s-Triazine 2.2 Einführung in die Stoffklasse der s-Heptazine 3 Kunststoffchemie 3.1 Einteilung von Kunststoffen 3.2 Einführung in die Stoffklasse der PUR-Verbindungen 3.3 Anwendung von PUR-Schaumstoffen 4 Flammschutz 4.1 Grundlagen Flammschutz 4.2 Weitere Flammschutzmittel 4.2.1 Phosphorhaltige Flammschutzmittel 4.2.2 Stickstoffhaltige Flammschutzmittel 4.2.3 Halogenhaltige Flammschutzmittel 4.3 Toxikologie ausgewählter Flammschutzmittel 4.4 Aktuelle Forschung im Bereich halogenfreier Flammschutzmittel 5 Ergebnisse und Diskussion 5.1 s-Triazinphosphonate 5.1.1 Identifikation der chem. Zusammensetzung mittels NMR-Spektroskopie 5.1.2 Untersuchung des Einflusses von Stöchiometrie, Zugabemethode, Temperatur und Feuchtigkeit auf s-Triazinphosphonate mittels NMR-Spektroskopie 5.1.3 Chlor- und Phosphorgehalt 5.1.4 Einfluss auf den Aggregatzustand 5.1.5 Thermisches Verhalten 5.1.6 I

The exceptional properties of nanocrystals (NCs) are strongly influenced by many different characteristics, such as their size and shape, but also by characteristics on the atomic scale, such as their crystal structure, their surface structure, as well as by potential microstructure defects. While the size and shape of NCs are frequently determined in a statistical manner, atomic-scale characteristics are usually quantified only for a small number of individual NCs and thus with limited statistical relevance. Within this work, a characterization workflow was established that is capable of determining relevant NC characteristics simultaneously in a sufficiently detailed and statistically relevant manner. The workflow is based on transmission electron microscopy, networked by a correlative multiscale approach that combines atomic-scale information on NCs obtained from high-resolution imaging with statistical information on NCs obtained from low-resolution imaging, assisted by a semi-automatic segmentation routine. The approach is complemented by other characterization techniques, such as X-ray diffraction, UV-vis spectroscopy, dynamic light scattering, or alternating gradient magnetometry. The general applicability of the developed workflow is illustrated on several examples, i.e., on the classification of Au NCs with different structures, on the statistical determination of the facet configurations of Au nanorods, on the study of the hierarchical structure of multi-core iron oxide nanoflowers and its influence on their magnetic properties, and on the evaluation of the interplay between size, morphology, microstructure defects, and optoelectronic properties of CdSe NCs.:List of abbreviations and symbols 1 Introduction 1.1 Types of nanocrystals 1.2 Characterization of nanocrystals 1.3 Motivation and outline of this thesis 2 Materials and methods 2.1 Nanocrystal synthesis 2.1.1 Au nanocrystals 2.1.2 Au nanorods 2.1.3 Multi-core iron oxide nanoparticles 2.1.4 CdSe nanocr

Motivation dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung des etablierten Prozesses der Sprühtrocknung, der Trocknung einer Flüssigkeit zu Partikeln mit definierter Form und Größe. Ist die zerstäubte Flüssigkeit eine reagierende Polymer- oder Monomerlösung wird der neuartige Prozess als Sprühpolymerisation bezeichnet. Da die Verweilzeiten in einem Sprühtrockner gering sind, wird die hochreaktive radikalische Kettenpolymerisation von Acrylsäure und Acrylaten im Lösungsmittel Wasser untersucht. Im Fokus der Arbeit ist die Methode der Rheokinetik. Diese Methode wertet die rheologische Veränderung der reagierenden Lösung aus, sodass in dieser Arbeit die Ergebnisse der Rheokinetik zur Prozessgestaltung diskutiert werden. Die Messungen zur Rheokinetik verschiedener Acrylatelösungen zeigen im Vergleich zur Acrylsäure geringere Viskositätsanstiege, die sich durch die geringe Reaktionsgeschwindigkeit in der pH-neutralen Lösung der Acrylate erklären lässt. Die Theorie zur Rheokinetik lässt sich nur auf die Acrylsäure anwenden, da diese überwiegend neutrale Polymerlösungen bildet und die Viskositätsfunktion über die Zeit mit einer Potenzfunktion beschrieben werden kann. Das Ergebnis ist ein empirisches Modell, was die Induktionszeit und den Viskositätsanstieg, der mit dem Umsatz der Reaktion korreliert, über die Zeit beschreibt. Die numerische Modellierung, die die Polymerisation und Trocknung des Einzeltropfens beschreibt, zeigt abschließend, dass eine Konditionierung des Trocknungsgases sowie eine Vorreaktion vor der Sprühpolymerisation anzustreben sind, damit der Prozess in einem konventionellen Sprühtrockner erfolgreich wird.:1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Sprühpolymerisationsverfahren 2.1.1 Trocknung am Einzeltropfen 2.2 Rheologische Eigenschaften von Flüssigkeiten im Viskosimeter und Rheometer 2.2.1 Messmethoden der Scherviskosität 2.3 Charakterisierung der Monomere 2.4 Polymerisation von Acrylsäure bzw. Acrylaten 2.4.1 Radikalische Lösungspolymerisation 2.4.2 Überblick ü

Hochtemperatur-Konversionsprozesse sind ein wesentlicher Bestandteil von industriellen Produktionsprozessen, die maßgeblich den Prozesswirkungsgrad und die Produktionskosten beeinflussen. Die modellgestützte Optimierung ermöglicht eine gezielte Verbesserung verschiedener Parameter unter Berücksichtigung von prozesstechnischen, ökonomischen und ökologischen Aspekten. Bisher existiert in der Literatur kein Vergleich der Einsatzmöglichkeiten verschiedener Modellierungsmethoden zur modellgestützten, multikriteriellen Optimierung von Hochtemperatur-Konversionsprozessen. Daher werden in dieser Arbeit drei exemplarische Konversionsprozesse mit unterschiedlichen Modellierungsmethoden optimiert und anhand der Ergebnisse die Potenziale und Einsatzgrenzen für die modellgestützte Optimierung bewertet. Die Modellierung eines Wirbelschichtvergasers zeigt, dass detaillierte CFD-Modelle für komplexe mehrphasige Prozesse zu rechenaufwändig sind. Hingegen ist für einfache einphasige Prozesse wie ein Quench-Reaktor die Optimierung mit reduzierten CFD-Modellen realisierbar. Die Integration von Ersatzmodellen beschleunigt das Optimierungskonzept bei gleicher Ergebnisqualität, was die Optimierung von komplexen Prozessen für einfache Optimierungsprobleme ermöglicht. Die Optimierung der Partialoxidation von flüssigen Einsatzstoffen zur Methanolproduktion zeigt, dass sich Fließbildmodelle gut zur Optimierung von vollständigen Produktionsprozessen und komplexen Optimierungsproblemen eignen. Die Ergebnisse dieser Arbeit können als Basis für die Erstellung von Modellierungs- und Optimierungskonzepten für weitere Hochtemperatur-Konversionsprozesse genutzt werden.

A balance between strength and ductility has been one of the most important considerations in the steel industry. Austenitic steel or multi-phase steel with retained austenite has plasticity-enhancing mechanisms, which can make it achieve high strength and good formability. Due to the occurrence of twinning-based mechanisms in high Mn steels, they have improved strength without sacrificing ductility. However, high Mn steels with extraordinary mechanical properties has not been used in mass production because of its high material cost together with welding problems and so on. As a consequence, many researchers have attempted to decrease the Mn concentration of high Mn twinning-induced plasticity steels without significant sacrifice of the mechanical properties. In the present work, a novel medium Mn steel with high C is designed with the aim of obtaining comparable mechanical properties as high Mn TWIP steel. In addition to Mn, C is also common effective austenite stabilizing element. C and Mn both increase the SFE of austenite. It should be possible to substitute at least some of the Mn in high Mn steels with C and still retain the TWIP effect. If the reduction in Mn content is not compensated for by the addition of other alloying elements, the microstructure will additionally contain some ferrite or martensite. The problem with C concentration is that it will result in the formation of carbide during the cooling process. As long as the carbide formation is suppressed, the formation of ferrite/martensite in medium Mn steels can be inhibited by an increase in the C concentration. In such cases, a soft and formable austenitic microstructure can be achieved by quenching from high austenitization temperatures to retain austenite with appropriate mechanical stability. The precipitation and dissolution of cementite in austenitic medium Mn high C steels capable of deformation-induced twinning were analyzed based on the associated length changes. Al addition was found to si

This study investigates various glass objects from the 17th and 18th centuries in Thuringia to gain insight into their manufacturing techniques. The objects include glass beads from the Roten Schmelzzimmer and diverse glass objects from the Schwarzburg-Sondershausen collection. The analytical methods include optical microscopy, CT, SEM-EDX, LA-ICP-MS and Raman spectroscopy. The glass beads from the Roten Schmelzzimmer were identified as soda-lime- and high-lead-silicate glasses, which were made using highly pure sands and halophytic plant ashes as a fluxing agent. These recipes are characteristic from the Mediterranean region. The beads were coloured in 11 different colours with copper, cobalt, manganese, iron, and were possibly opacified with salt and tartrate. The analysed glass objects from the Schwarzburg collection were made using different recipes based on potash-lime-silicate glass with high amounts of potash and calcium, and calcinated-bone ashes as a white opacifier, characteristic of central Europe.

We theoretically and experimentally investigate the impact of pore space structure, wettability, and surface roughness on the displacement front, trapping, and sweeping efficiency at low capillary numbers. The microstructure of (i) 2D geologically-realistic media (2D natural sand and sandstone), (ii) a topological 3D-2D-transformation (2D sand analog), and (iii) geometrically representative media (Delaunay Triangulation) were studied over a wide range of wettability from water-wet to oil-wet systems provided by using various fluid-pairs. We observed the transition (compact to fractal) in the displacement front caused by local instabilities identified by Cieplak and Robbins. The trapping efficiency of 2D natural microstructures showed a non-monotonous dependency on wettability, whereas a crossover from no trapping to maximal trapping was observed in 2D patterns of circular grains. For the first time, we compared identical experimental microstructures with simulation, capturing the key elements of the invasion process. We demonstrated that corner flows occur particularly in low-porosity media, where the smaller grain-grain distance hindered the corner-flow bridging. These insights could improve the CO2 geological storage and Enhanced Oil Recovery processes.

With this thesis, I present an experimental study focusing on the provision of thermodynamic data of fluids at elevated pressure and temperature conditions. Hereby a microcapillary setup that is equipped with an in situ Raman Spectroscopy unit as well as with a high-speed camera, was further improved within the scientific employment of the author. The setup consists in principle of a fused-silica microcapillary embedded in a heating block, which is furthermore connected to high pressure syringe pumps. Pure compounds and mixtures were studied with the microfluidic setup and different thermodynamic properties were determined. For instance, vapor pressures of Poly(oxymethylene) Dimethyl Ethers (OME3 and OME4), a potential class of renewable diesel fuels, were the first time measured for temperatures exceeding the atmospheric boiling temperature. Hereby the regarded compound is pressurized at constant temperature, from what the vapor pressure is determined optically by detecting bubble or film formation, indicating the transition from vapor to liquid state. The main results of this thesis were however the vapor-liquid equilibria (VLE) of fuel/air-systems that were determined by in situ Raman Spectroscopy, whereby the Stokes-scattered Raman signal can be successfully separated phase-dependently by light barrier technology. A further task was the determination of saturated mixture densities of the validation system ethanol/CO2. With this study, I intend to contribute to the scarce literature data for the studied systems and properties. Therewith I want to help to enhance the understanding of microprocesses such as the evaporation and mixing formation in diesel combustion engines.

Carbon-bonded alumina filters and their binders, lactose, tannin and CarboresP, were investigated by Raman spectroscopy. Special emphasis was placed on the pyrolysis study of the binders. In situ measurements were performed on the tannins gallic acid, ellagic acid and tannic acid to determine the pyrolysis temperatures and products. Furthermore, the binder samples fired in a reducing atmosphere in a coke bed were analyzed by Raman spectroscopy and their transition from an amorphous carbon system to nanocrystalline graphite was observed. The influence of different binders on the carbon-bound alumina filters was studied, as well as the influence of different additives. However, no significant difference was observed between samples with different binder compositions or with additives. In addition, Raman measurements on the spinel MgAlON indicate an increased disorder of the structure due to the incorporated nitrogen.

Am 28.11.2023 hat der Senat der Technischen Universität Bergakademie Freiberg eine institutionelle Forschungsdaten-Policy verabschiedet, die allen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Hochschule eine wichtige Orientierungshilfe für den Umgang mit Forschungsdaten bietet.

The thesis addressed the effect of a varying MgO grade in MgO-C refractories on both their behavior in contact with a steel melt and the resulting effect on the non-metallic inclusion (NMI) population in the solidified steel. For this purpose, immersion tests were conducted in a semi-industrial steel casting simulator. In addition, the effect of the steel melting process parameters on the NMI population was thoroughly investigated, providing a guideline for the result interpretation for future experiments in the steel casting simulator. Here, a fundamental concept of data evaluation for the NMI characterization in a steel matrix using automated feature analysis was developed. The main NMI types detected in the solidified steel samples were alumina and MnSi-based inclusions. Their number density depended on the steel melt's temperature and amount of dissolved oxygen. A lower MgO grade refractory specimen in contact with the steel melt resulted in a higher proportion of low melting phases on its surface compared to a higher MgO grade specimen. These low-melting phases promoted the formation of MnSi-based inclusions and triggered NMI agglomeration leading to the formation of large alumina inclusions.

Mittels der vorliegenden Arbeit wurde ein Entscheidungsinstrument zur ganzheitlichen Beurteilung von Prozessketten erarbeitet. Für die ganzheitliche Ausrichtung wurden ökonomische, ökologische und produktbezogene Aspekte einbezogen. Im konzeptionellen Teil wurden die einzelnen notwendigen Schritte einer Prozesskettenbewertung wie Festlegung der Systemgrenzen, Modellierung, Festlegung der Zielgrößen etc. hinsichtlich möglicher Ausgestaltungen diskutiert. Hierbei wurden mögliche Lösungen für bestehende Probleme hinsichtlich ihrer Zweckmäßigkeit diskutiert. Dabei folgten die Überlegungen bezüglich der Zweckmäßigkeit einerseits der Erfüllung abgeleiteter Gütekriterien und andererseits der Frage, unter welchen Voraussetzungen diese umsetzbar sind. Der so im Theorieteil herausgearbeitete Entscheidungsbaum wurde anschließend auf eine Fallstudie aus dem Bereich der Gießereiindustrie angewendet. Hierbei konnte einerseits die Anwendbarkeit gezeigt als auch der Umgang mit individuellen Herausforderungen dargestellt werden.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einführung 1.1 Problemstellung und Forschungsziel 1.2 Forschungsstand und –lücke 1.3 Forschungsfragen und Aufbau der Dissertation 2 Theoretische Fundierung der Bewertungsmethode 2.1 Begriff und Arten von Prozessinnovationen 2.2 Gütekriterien der Bewertungsmethode 2.3 Vorgehen bei der Prozesskettenbewertung 2.3.1 Ansätze in der Literatur 2.3.1.1 Bewertungsmethoden mit ökologischem Fokus 2.3.1.2 Bewertungsmethoden mit ökonomischem Fokus 2.3.1.3 Bewertungsmethoden mit einem ökonomisch-ökologischem Fokus 2.3.1.4 Bewertungsmethoden zur Beurteilung der Produkte 2.3.2 Darstellung der Bewertungsschritte 2.4 Vorstellung der Fallstudie 3 Konzeptionelle Ausgestaltung der Bewertungsmethode 3.1 Festlegung der Systemgrenzen 3.2 Modellierung der Prozesskette 3.3 Ableitung und Differenzierung der Zielgrößen 3.3.1 Ökonomische Zielgröße 3.3.2 Ökologische Zielgröße 3.3.3 Pro

Ziel der Arbeit war die Synthese von ZnS, welches strukturell natürlichen Sphalerit imitieren und für die Untersuchung und Optimierung von biologischen Laugungsexperimenten genutzt werden soll. Zur Herstellung von chemisch reinem sowie mit den Wertelementen Indium, Kupfer und Eisen dotierten ZnS wurden vier verschiedene Synthesemethoden getestet: Ofentempern, chemische Gasphasentransportreaktion (CVT), feldunterstütztes Sintern (SPS) und die Hochdruck-Hochtemperatur-Synthese (HP/HT). Es folgte die Charakterisierung der synthetisierten Produkte hinsichtlich der Realstruktur und chemischen Reinheit mittels XANES, REM, XRD, EPMA und nasschemischer Verfahren. Abschließend wurden die Synthesemethoden nach ihrer Effizienz evaluiert. Das Ziel, defektfreies kubisches ZnS zu erzeugen, wurde nur mittels CVT und HP/HT erreicht. In dieser Arbeit konnte weiterhin gezeigt werden, dass der Einbau von Indium ohne gleichzeitige Aufnahme von Kupfer bis zu 1 Ma-% möglich ist.:Abbildungsverzeichnis VII Tabellenverzeichnis XI Abkürzungen, Akronyme und Symbole XII Einheiten XV 1 Einleitung 1 2 Forschungsstand zur Synthese von Zinksulfid 6 2.1 Kristallographie von ZnS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2 p-T -Phasendiagramm von ZnS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3 Synthesematerial 15 3.1 Gefälltes ZnS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2 Dotierungsmaterialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.3 Recherche zu kommerziellen Metallsulfiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4 Synthesemethoden 21 4.1 Ofentempern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.2 FAST-SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.3 CVT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.4 HP/HT-Synthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Erdöl und Erdgas liegen als flüssige Kohlenwasserstoffe in porösen Sedimentgesteinen im geologischen Untergrund vor. Um diese Kohlenwasserstoffe zu gewinnen, wird der Untergrund durch Tiefbohrungen zur Förderung erschlossen. Anschließend erfolgt die Förderung des Erdöls in drei Phasen: der Primär-, Sekundär- und Tertiärförderung. In der primären Phase wird Erdöl durch den Druck in der Lagerstätte gewonnen, in der sekundären Phase durch künstliche Aufrechterhaltung des Drucks und in der tertiären Phase durch technische Beeinflussung der strömungsmechanischen und thermodynamischen Eigenschaften des Erdöls. Dennoch verbleibt insbesondere bei Schweröllagerstätten ein Anteil von 45 bis 90 % des ursprünglich in der Lagerstätte vorhandenen Erdöls in der Lagerstätte. Aufgrund strömungsmechanischer und thermodynamischer Einschränkungen ist eine Gewinnung dieses Anteils technisch und/oder wirtschaftlich nicht möglich. Meist wird die Lagerstätte nach Abschluss der Förderung verfüllt und die übertägigen Anlagen zurückgebaut. Zugleich steigt weltweit der Bedarf an Energiequellen, insbesondere an solchen, die für die Dekarbonisierung und Umstellung auf umweltschonende Energien benötigt werden. Wasserstoff wird voraussichtlich als chemischer Energieträger der zukünftige Schlüsselrohstoff für die Energiewende sein. Diese Forschungsarbeit untersucht die Weiternutzung bzw. Erschließung ausgeförderter Erdöllagerstätten zur Wasserstoffgewinnungmittels thermischer Verfahren. Diese Verfahren orientieren sich an bereits etablierten Methoden für die übertägige Verfahrenstechnik. Durch das Verfahren wird die Lagerstätte mithilfe der Verbrennung des in dieser vorhandenen Restöls erhitzt und das entstehende Koks durch eine Wasserinjektion in Synthesegas umzuwandeln. Durch die hohen Temperaturen entsteht in der Lagerstätte eine Atmosphäre aus Wasserdampf, die zur Vergasung des Kokses führt. Das Gas wird durch die Wasserfront aus der Lagerstätte in die Produktionsbohrungen verdrängt und kann an

In the continuous search for Hydrocarbon and Geothermal resources in the earth, wells are drilled for various purposes. Wildcat, Appraisal, Production and Injection wells are drilled for proper field development and operation. Based on the purpose and plan for the wells, trajectory and targets are defined. During drilling, continuous monitoring of trajectory, rock and fluid characteristics are required to achieve defined objectives. Measurement while Drilling (MWD) and Logging while Drilling (MWD) systems are included as part of the Bottom Hole Assembly (BHA) to perform continuous measurement and transmission of downhole data to the surface. Measured data are converted to binary form and transferred to the surface for further processing and interpretation. Several methods of data transfer are possible albeit with various pros and cons. Currently, the most widely used method of transfer still remains the Mud Pulse Telemetry (MPT) system which makes use of the mud (drilling fluid) within the system for transmission of data. The major focus of this research was to further expand the envelope in the research towards increasing data transmission rates using the mud siren, a form of mud pulse telemetry. This research includes practical investigations which was conducted within the unique Flow Loop Laboratory at the Institute of Drilling and Fluid Mining, TU Bergakademie Freiberg. Within the research, minor adjustments were made to the flow loop facility to align with realities expected on the Rig. Effects of the changes made were evaluated and presented. The pulser section of the flow loop was also redesigned and new mud sirens manufactured to allow for the practical investigation in series and parallel. The major concept for increasing data transmission rate investigated in this research is the Multifrequency Mud Siren transmission in series and parallel. Following up with previous research, simulation of the flop loop scenario using ANSYS CFX was done to allow for numer

The thesis primarily focuses on the pressure influence on the reaction rate of char gasification using laboratory thermogravimetric analysis (TGA). It discusses also the gasification of char with a mixture of gasifying agents (CO2 + steam) under a pressure of 40 bar and temperatures up to 1100°C, which has not been reported in the literature to the best of found knowledge. The first section investigates the pressure impact on char gasification kinetics by varying the total and partial pressure of the gasifying agent. The second section investigates the effect of gasifying agent at 40 bar and combining the pyrolysis step in the investigation, which was done in-situ under inert atmosphere. Then, mixtures of the two gasifying agents were used for the gasification in separate experiments. The third section uses raw coal as material and gives attention to the char structure formed after the pyrolysis under the high pressure. The fourth section includes measurements for char characteristics during the gasification reaction and compares them with the reference char data performed previously in this research group under atmospheric pressure.:Abstract 1. Introduction 1 1.1 Scope of the thesis 1 1.2 Layout of the thesis 2 2. Literature Review 4 2.1 Background 4 2.2 Coal and gasification 5 2.2.1 Coal classification and characteristics 5 2.2.2 Introduction to gasification process 7 2.2.3 Coal Analysis 10 2.2.4 Pyrolysis 13 2.2.5 Gasification reactions 13 2.2.6 Mechanism of solid-gas reaction and Thermodynamic background 14 2.2.7 Regimes of gas-Solid Reactions 17 2.2.8 Summary 19 2.3 Effect of Pressure on gasification process 20 2.3.1 Advantages of high-pressure operation 20 2.3.2 Influence on the pyrolysis step 20 2.3.3 Effect of Pressure on coal swelling 21 2.3.4 Pressure influence on char morphology 23 2.3.5 Effect of pyrolysis pressure on char surface area 23 2.3.6 Effect on reaction order n 24 2.3.7 Summary 24 2.4 Pressure influence on char gasification reaction kinetics 24

Interactions between three immiscible phases, including incompressible viscoelastic structures and fluids, form standard constellations for countless scenarios in natural science. The complexity of many such scenarios has motivated various research efforts in scientific computing. This work presents novel numerical approaches for two specific of these ternary fluid-structure interaction constellations. The potential of these approaches is demonstrated by diverse applications. First, a phase field model is developed describing the interaction between a fluid and a viscoelastic solid. For this purpose, a Navier-Stokes-Cahn-Hilliard system is considered together with a hyperelastic neo-Hookean model. Based on this, an arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method is implemented to simulate the indentation of the solid material in the context of atomic force microscopy, capable of predicting physical parameters. Next, the second approach is developed to describe the interaction between a two-phase fluid and a viscoelastic solid, where fluid and solid are defined on separate domains but aligned at the interface between them. The previously introduced phase field model is used to represent the fluid and an ALE method is used for the motion of the grid, where the fluid-solid interface moves with flow velocity. A unified system is solved in all subdomains, which includes both the balance of mass and momentum and the balance of forces at the fluid-solid interface. Simulations of static and dynamic soft wetting are subsequently presented, in particular a contact line moving over a substrate with oscillating stick-slip behavior. This work combines the advantages of phase field and ALE methods for meaningful simulations and emphasizes validity and numerical stability in all approaches.

This study examines the ecological impact of exemplary processes for the feedstock recycling of waste fractions. It is shown that the material process efficiency of gasification and pyrolysis has a low impact on the greenhouse gas balance in the short term, but that high product yields are necessary in the long term to avoid an increasing climate impact. In a systemic context, different process routes of syngas and pyrolysis oil utilization are compared, and their efficiency and quantitative potential for greenhouse gas reduction compared to electricity-based alternatives of process direct heating of conventional processes and electrolysis-based process chains are classified. It is shown that direct utilization options with few process steps are ecologically more efficient. Feedstock recycling shows a similar reduction potential to direct heating, while the use of electrolysis-based process chains is inefficient but necessary to achieve systemic climate neutrality.:1. Introduction and outline 1 2. Life cycle assessment methodology 5 2.1. Previous LCA investigation on feedstock recycling 7 2.2. Assessment scope 9 2.3. Attributional vs. consequential LCI modelling 11 2.4. Inventory modelling consistency 12 2.5. Prospective technology assessment 13 2.6. Conclusions for the applied methodology 14 3. Process description and modelling 16 3.1. Feedstock recycling technologies 18 3.1.1. Gasification 18 3.1.2. Syngas conditioning and purification 23 3.1.3. Pyrolysis 29 3.1.4. Pyrolysis oil hydroprocessing 32 3.2. Chemical production technologies 34 3.2.1. Steam cracking 35 3.2.2. Catalytic reforming 37 3.2.3. Olefin and BTX recovery 38 3.2.4. Conventional syngas production 41 3.2.5. Methanol and methanol-based synthesis 43 3.2.6. Ammonia synthesis 48 3.3. Electric power integration options 49 3.4. Conventional waste treatment processes 53 3.4.1. Mechanical biological treatment and material recovery 54 3.4.2. Waste incineration 57 3.5. Utility processes and process chain bala

This dissertation addresses the challenge of predicting human-induced subsidence in tectonic settings. The study focuses on the non-symmetric and shape-defying nature of subsidence troughs in tectonic regions, which deviates from conventional symmetric models. The aim of the dissertation is to improve the accuracy of subsidence prediction by incorporating horizontal stress effects into empirical methods. Through a combination of numerical investigations and empirical modelling, the research reveals stress-induced patterns in subsidence profiles. The developed model, based on various concepts, successfully incorporates asymmetry and shape deviation, resulting in significantly improved prediction accuracy. Application of the model to a real subsidence case in a salt cavern shows a 30% improvement in prediction (based on mean squared error comparison with classical solution). This new solution covers subsidence profile patterns not previously considered by empirical models.:Inhalt 1 Introduction 2 State of the art 2.1 Subsidence prediction methods 2.1.1 Empirical subsidence prediction method overview 2.1.2 Numerical methods for subsidence prediction 2.2 Subsidence monitoring methods 2.2.1 Observation methods 2.2.2 Interplay and evolution of techniques 2.3 Subsidence anomalies 2.4 In-situ-stress field 2.5 Subsidence prediction methods for anomalies 2.6 Conclusions 3 Goals and objectives 4 Foundations 4.1 Empirical subsidence prediction methods 4.1.1 Convergence 4.1.2 Transmission coefficient 4.1.2 Influence factor 4.2 Numerical models for subsidence case 4.2.1 Grid size for subsidence case 4.2.2 Boundary conditions 4.2.3 Constitutive models 4.3 Validation 4.3.1 Observation methods 4.3.2 Parameter estimation 4.3.3 Global parameter estimation 4.3.4 Local parameter estimation 4.3.5 Quality measures for result valuation and validation 5 Methodology 6 Numerical investigation 6.1 Preliminary investigation 6.1.1 Method 6.1.2 Choice of constitutive model 6.1.3 Model and input d

The application of surfactants and polymers in carbonate reservoirs has a high potential with emerging technology of the manufacture of these chemicals. Tertiary or enhanced oil recovery with chemicals (CEOR) will become more relevant with decreasing new exploration of oil deposits and high remaining oil saturations in huge carbonate oil reservoirs. However, in several oil deposits, high reservoir brine salinity and moderate to high reservoir temperature are encountered. Under such conditions, many chemicals will be insoluble or degrade fast. A selection of commercial and research surfactants and polymers has been investigated for their application under brine salinity of up to 18 percent by weight with significant hardness and a moderate reservoir temperature of 70 °C. Chemical systems were tested towards outcrop limestone rock samples and calcite platelets in combination with a crude oil, which was modified by different organic acids regarding its wetting potential. Wettability alteration from preferentially oil-wet core plugs was pursued with ethoxylated tertiary amines and quaternary ammonium compounds. The main mechanism of wettability alteration towards more water-wet was proposed as extraction of carboxylate anions from the oil phase and the solid samples into aqueous micelles. Thus, high surfactant concentrations would result in improved recovery. From screening of different surfactant combinations in tertiary core flooding, one promising system of an alkyl ether sulfate and hexadecyltrimethylammonium combined with a terpolymer (TP) from acrylic acid, ATBS and NVP is proposed for the examined conditions. Low to moderate adsorption of the single surfactants and their combination as well as a favorable, stabilized phase behavior when combined with the polymer emphasize the applicability of the system. However, long term stability can be an issue with respect to the sulfate surfactant degradation at 70 °C. Analysis of mixed ionic surfactant systems after adsorp

The field of geosciences, including geophysics, plays a crucial role in addressing society's pressing concerns related to energy demand, climate change, resource preservation, and environmental protection. Reactive systems encountered in this context are characterized by intricate interactions among various phases, environmental conditions, physical and chemical processes. Achieving a comprehensive understanding of these processes and quantitatively evaluating reactive systems necessitates a holistic scientific approach. This approach encompasses efficient categorization of reactive systems, the development of appropriate experimental and computational tools, and the collection and dissemination of relevant data. In this context, this thesis contributes to geophysics and petrophysics with a focus on reactive systems. It presents and interprets laboratory datasets that address various complex aspects of rock behavior, including the presence of graphite, resulting anisotropy, and the challenging petrophysical characteristics of carbonate rocks. This compilation of research results provides a multifaceted perspective on the complex nature of rocks, including their mineralogical, physical, and chemical properties. It thus contributes to a deeper comprehension of electrical rock properties and their practical utility. Upon examining carbonate rocks and the response of graphitic schist to CO$_\mathrm{2}$ under reservoir conditions, it becomes clear that the impact of increased reactivity in a system on geophysical parameters varies depending on the specific characteristics of the rocks and systems under investigation. Consequently, geophysical methods aiming at a quantitative assessment of reactive systems must exhibit robustness and efficiency in order to be effectively applied in a site- and system-specific manner. Expanding on this foundation, computational methods have been developed to aid in the quantitative analysis of reactive processes in laboratory experiments.

Sich verändernde Rahmenbedingungen des Klimawandels haben einen erheblichen Einfluss auf die Gestaltung der Erdoberfläche. Der Sachverhalt ist anhand unterschiedlicher geomorphologischer Veränderungsprozesse zu beobachten, sei es bei gravitativen Naturgefahren (Felsstürze, Hangrutschungen oder Murereignissen), der Gletscherschmelze in Hochgebirgsregionen oder der Änderungen der Küstendynamik an Sandstränden. Derartige Ereignisse werden durch immer stärker ausgeprägte, extreme Wetterbedingungen verursacht. In diesem Zusammenhang sind präventive Maßnahmen und der Schutz der Bevölkerung im Zuge eines Risikomanagements essentiell. Um mit diesen Gefahren sicher umgehen zu können, sind qualitativ hochwertige drei- und vierdimensionale (3D und 4D) Datensätze der Erdoberfläche erforderlich. Der technische Fortschritt in der Messtechnik und damit verbunden ein Paradigmenwechsel haben die Möglichkeiten in der Erfassung von räumlich als auch zeitlich verdichteten Daten erheblich verbessert. Die Weiterentwicklung von terrestrischen Laserscannern hin zu kommunikationsfähigen, programmierbaren Multisensorsystemen, eine kompakte und robuste Bauweise, hohe Messreichweiten sowie wirtschaftlich attraktive Systeme lassen einen Übergang zu permanentem terrestrischen Laserscanning (PLS) zu. Im Sinne eines adaptiven Monitorings ist PLS für die Integration in echtzeitnahe Assistenz- oder Frühwarnsysteme prädestiniert. Um die Akzeptanz eines solchen Systems zu erreichen sind jedoch transparente, nachvollziehbare Methoden und Prozesse zur Informationsgewinnung und -aufbereitung zu definieren. Ziel dieser Arbeit ist es, PLS als Methode systematisch aufzuarbeiten. Vier wesentliche Schritte entlang der Prozesskette werden identifiziert: (i) Die Datenerfassung einer einzelnen Epoche, (ii) die Bereitstellung eines redundanten Datenmanagements sowie einer sicheren Datenkommunikation zu zentralen Servern, (iii) die multitemporale Datenanalyse und (iv) die Aufbereitung, das Reporting und die Präsen, Climate change has an important impact on the scale and frequency with which the Earths surface is changing. This can be seen in various geomorphological change processes, such as gravitational natural hazards (rockfalls, landslides or debris flows), glacier melt in high mountain regions or the quantification of coastal dynamics on sandy beaches. Such events are triggered by increasingly prominent and extreme meteorological conditions. In this context, it is essential to implement preventive measures to protect the population as part of a risk management system. To safely manage these hazards, high quality three- and four-dimensional (3D and 4D) data sets of the Earth’s surface are required. Technological advances in metrology and the associated paradigm shift have significantly improved the ability to collect spatially and temporally distributed data. Progress from terrestrial laser scanners to communication-enabled, programmable multisensor systems, compact and robust design, long range and economically competitive systems allow a transition to a permanent laser scanning (PLS). PLS enables the acquisition of data from a fixed position to a target area kilometers away at high frequency and over a long period of time. In terms of adaptive monitoring, PLS is suitable for integration into near realtime assistance or early warning systems. However, in order to achieve acceptance of these systems, transparent, reproducible methods and processes for extracting information must be defined. The aim of this thesis is to present a methodological framework for PLS. Four crucial steps along the processing chain are identifiable: (i) collecting single epoch data, (ii) providing redundant data management and secure data communication to central servers, (iii) multi-temporal data analysis and (iv) reporting and presenting results to stakeholders. Two main research topics emerge from this processing chain. First, the qualitative assessment of the acquired point clouds, which focus

Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige Materialien basierenden auf Gold-Nanopartikeln (AuNP) untersucht. AuNP kommen als Materialien für optische und chemiresistive Sensoren zum Einsatz, deren besondere optische und elektrische Eigenschaften sich je nach Form, Größe, Oberflächenchemie oder Aggregatzustand des Nanopartikels verändern kann. Außerdem kann die Kopplung von AuNP mit organischen Molekülen die optischen und elektrischen Eigenschaften dabei beeinflussen. Diese Untersuchung basiert auf dem Au-NP-Komposit, welches durch lagenweise Selbstassemblierung entweder automatisch mit einer Durchflusszelle oder manuell durch das Aufschleudern mit Spincoater hergestellt wurden. Für die Selbstassemblierung werden Dodecylamine-stabilisierte AuNP sowie Alkandithiole, Alkandiamine, Alkanbisdithiocarbamate mit unterschiedlicher Alkylenkette und Polyphenyle mit unterschiedlicher Ringzahl verwendet. In dieser Arbeit wurden die für die Untersuchungen verwendeten Methoden und Materialien beschrieben, ein besonderer Fokus lag dabei in der Anwendung verschiedener Methoden der Probenherstellung und Lagerbedingungen für die Erreichung einer optimierten Herstellungsmethode. In den folgenden Kapiteln wurden sowohl die Probenvorbereitung mit einem eigens angefertigten automatischem Aufbau betrachtet, als auch das Assemblierungsverhalten und die Eigenschaften der Proben, die mit verschiedenen organischen Molekülen verknüpft sind. Die Röntgen-Photoelektronenspektroskopie wurde angewendet, um die Filmzusammensetzung und den Grad der Vernetzung zu untersuchen. Die Empfindlichkeit der Filme wurde durch Dosierung mit Dämpfen von Toluol, 1-Propanol, 4-Methyl-2-pentanon und Wasser im Konzentrationsbereich von 100 ppm bis 5000 ppm untersucht. Alle Proben reagieren hierbei mit einer Änderung ihres elektrischen Widerstands auf die Analyte. Obwohl die Änderung des Gesamtwiderstandes eher schwach ist, zeigen die Sensoren ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis, das für alle Testdämpfe eine Nachweisgre

A novel, sampling-based exploration strategy is introduced for Unmanned Ground Vehicles (UGV) to efficiently map large GPS-deprived underground environments. It is compared to state-of-the-art approaches and performs on a similar level, while it is not designed for a specific robot or sensor configuration like the other approaches. The introduced exploration strategy, which is called Random-Sampling-Based Next-Best View Exploration (RNE), uses a Rapidly-exploring Random Graph (RRG) to find possible view points in an area around the robot. They are compared with a computation-efficient Sparse Ray Polling (SRP) in a voxel grid to find the next-best view for the exploration. Each node in the exploration graph built with RRG is evaluated regarding the ability of the UGV to traverse it, which is derived from an occupancy grid map. It is also used to create a topology-based graph where nodes are placed centrally to reduce the risk of collisions and increase the amount of observable space. Nodes that fall outside the local exploration area are stored in a global graph and are connected with a Traveling Salesman Problem solver to explore them later.

Die vorliegende Dissertationsschrift beschreibt Experimente zur Weiterentwicklung der Methode der elektrothermischen Verdampfung mit induktiv gekoppeltem Plasma und optischer Emissionsspektroskopie (ETV-ICP OES). Ziel ist die Analyse der Mobilisierung einzelner Elemente in Verbrennungsgasatmosphären, um so das Verschmutzungs- und Verschlackungspotential von Energierohstoffen abschätzen zu können. Zur Simulation der Atmosphäre wird Sauerstoff zum Argon-Gasstrom der Verdampfungseinheit in verschiedenen Verhältnissen zugesetzt, weshalb einige Bauteile der ETV und alle Methodenparameter angepasst werden müssen. Der Einfluss der Gasatmosphäre sowie des Temperaturprogrammes auf die Freisetzung der Elemente wird anhand von drei Kohlen unterschiedlicher Inkohlung und Mineralstoffanteile untersucht und die Analysenmethode dementsprechend optimiert. Im Anschluss erfolgt die Anwendung der entwickelten Methode auf acht Argonne Premium Kohlen sowie auf verschiedene Biomassen und Klärschlämme.:1 Motivation und Aufgabenstellung 12 2 Stand der Technik 15 2.1 Energierohstoffe 15 2.2 Ansatzbildung und Korrosion im Kraftwerk 17 2.2.1 Ansatzbildungsmechanismen 17 2.2.2 Korrosion 20 2.2.3 Freisetzung von Störkomponenten 21 2.2.3.1 Schwefel 21 2.2.3.2 Chlor 21 2.2.3.3 Alkalien 22 2.2.4 Analysemethoden zur Ermittlung der Freisetzung von Störkomponenten 23 3 Eingesetzte Methoden und Parameter 27 3.1 ETV-ICP OES 27 3.2 Thermodynamische Gleichgewichtsberechnungen 31 4 Methodenentwicklung modifizierte ETV-ICP OES 33 4.1 Anpassung des ETV-Systems an simulierte Prozessbedingungen 34 4.1.1 Auswahl der Gasatmosphären 36 4.1.2 Vergleich Standardrohr und SiC-beschichtetes Rohr 38 4.1.3 Einfluss der Beschichtung der Probentiegel 39 4.1.4 Fazit 42 4.2 Temperaturprogramm 43 4.3 Linienauswahl 44 4.4 Kalibration für quantitative Analysen 46 4.5 Datenbearbeitung 49 4.5.1 Korrekturfaktor für Massenbilanz 50 4.5.2 Argon-Korrektur 51 4.5.3 Intensität und Freisetzungsverlauf 53 4.5.4 Zusammenfassung notwendi, This dissertation describes the development of a method to analyze the mobilization of individual elements in combustion gas atmospheres with the help of electrothermal evaporation in combination with inductively coupled plasma optical emission spectros-copy (ETV-ICP OES) to estimate the pollution and slagging potential of energy feed-stocks. To simulate the atmosphere, oxygen is added to the argon gas stream of the evaporation unit in different ratios. To that end, some components of the ETV unit and all method parameters have to be adjusted. The influence of the gas atmosphere as well as the temperature program on the release of the elements is investigated on the basis of three coals of different degree of carbonization and mineral content and the analysis method is optimized accordingly. Subsequently, the method is applied to analyze eight Argonne Premium coals as well as various biomasses and sewage sludges.:1 Motivation und Aufgabenstellung 12 2 Stand der Technik 15 2.1 Energierohstoffe 15 2.2 Ansatzbildung und Korrosion im Kraftwerk 17 2.2.1 Ansatzbildungsmechanismen 17 2.2.2 Korrosion 20 2.2.3 Freisetzung von Störkomponenten 21 2.2.3.1 Schwefel 21 2.2.3.2 Chlor 21 2.2.3.3 Alkalien 22 2.2.4 Analysemethoden zur Ermittlung der Freisetzung von Störkomponenten 23 3 Eingesetzte Methoden und Parameter 27 3.1 ETV-ICP OES 27 3.2 Thermodynamische Gleichgewichtsberechnungen 31 4 Methodenentwicklung modifizierte ETV-ICP OES 33 4.1 Anpassung des ETV-Systems an simulierte Prozessbedingungen 34 4.1.1 Auswahl der Gasatmosphären 36 4.1.2 Vergleich Standardrohr und SiC-beschichtetes Rohr 38 4.1.3 Einfluss der Beschichtung der Probentiegel 39 4.1.4 Fazit 42 4.2 Temperaturprogramm 43 4.3 Linienauswahl 44 4.4 Kalibration für quantitative Analysen 46 4.5 Datenbearbeitung 49 4.5.1 Korrekturfaktor für Massenbilanz 50 4.5.2 Argon-Korrektur 51 4.5.3 Intensität und Freisetzungsverlauf 53 4.5.4 Zusammenfassung notwendiger Datenbearbeitung 56 4.6 Einfluss der modifizierten Methode auf d

The minimum energy paths and transition states for the first two pyrolysis reactions of the tannin building blocks gallic acid and (+)-catechin were calculated by combining density functional theory with the climbing-image nudged elastic band method. For both investigated, the combined pyrolysis reaction was found to be endothermic across the full investigated temperature range and exergonic for temperatures of 1000 K and above when evaluated with the quantum chemical 'gold standard' approach CCSD(T). In the case of gallic acid, the dehydrogenation of pyrogallol was identified as the rate-determining pyrolysis step, whereas the catechol split-off was determined to be the rate-determining step of (+)-catechin pyrolysis. Additionally, simulated Raman spectra were able to explain the presence of subtle shoulder peaks in the spectrum of the binder Carbores®P. Another series of spectra assisted the identification of an ellagic acid pyrolysis product.

Diese Dissertation befasst sich mit quantenchemischen Untersuchungen der CO2-Insertion in Si-N-Bindungen von Aminosilanen und der Zuverlässigkeit quantenchemischer Berechnungsmethoden. Es wurden verschiedene Verbindungsklassen, wie Piperazinderivate, Di- und Monoethanolaminderivate, einfache und spirozyklische Aminosilane verwendet. Zunächst wurde ein Benchmarking der verwendeten Berechnungsmethoden durchgeführt, um die für diese Forschung am besten geeigneten Methoden herauszufinden. Quantenchemische Berechnungen wurden genutzt, um die Reaktionen und die möglichen Prozesse aus der Sicht der Thermodynamik zu bewerten. Desweiteren wurde der Mechanismus der CO2-Insertion untersucht. Zu diesem Zweck wurden Geometrieoptimierungen der Übergangszustände durchgeführt, wobei die Aminosilan-CO2-Komplexe mit unterschiedlichem C-N-Abstand berücksichtigt wurden, um den Weg der Reaktanten zum Übergangszustand zu finden. Zusätzlich wurden NBO-Berechnungen durchgeführt, um den Reaktionsmechanismus zu entschlüsseln. Die berechneten IR- und NMR-Spektren wurden mit gemessenen Spektren verglichen und ihre Zuverlässigkeit wurde in der Arbeit bewertet.

Die Bildung und Beständigkeit von CSH-Phasen wurde in Abhängigkeit von Zeit, Ca/Si-Verhältnis, Temperatur, SiO2-Reaktivität, w/s-Verhältnis und NaCl-Sättigung der Lösung untersucht. Semikristalline CSH-Phasen bilden tobermoritähnliche Schichtstrukturen aus und weisen trotz ihrer Metastabilität hohe Beständigkeit bei 25 °C auf. Durch Erhöhung von Temperatur und w/s-Verhältnis wird deren Umwandlung zu kristallinen CSH-Phasen begünstigt, während NaCl-Sättigung der wässrigen Lösung die Kristallisation hemmt. Die Löslichkeit von CSH-Phasen ändert sich ebenfalls durch Variation von Temperatur und NaCl-Konzentration. Die NaCl-Sättigung führt in Folge der teilweisen Substitution von Ca2+ durch Na+ in den Festphasen zu einer deutlichen Erhöhung der Ca2+-Konzentrationen in Lösung. Mischphasenmodelle beschreiben dieses Verhalten in Berechnungen zumeist nicht hinreichend. Die Erweiterung der Datenbasis und Anpassungen der Modelle sind nötig. Mg2+-haltige Kontaktlösungen führen zur Auflösung von CSH- unter Bildung von MSH-Phasen.

Indium gilt als eines der strategischen Metalle für die Technologiebranche. Durch das schnelle Wachstum bei Flachbildschirmen aller Art besteht seit Jahren eine stark wachsende Nachfrage nach Indium. Es wurde ein neuartiger Ansatz der Biolaugung gewählt und innerhalb des BHMZ getestet, Die aus der Biolaugung resultierende Lösung enthielt vereinfacht 1 mg·L-1 Indium sowie jeweils 1 g·L-1 Zink und Eisen. Durch systematische Untersuchung von zahlreichen hydrometallurgischen Methoden zur Metallabtrennung wurde eine auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierte Methode entworfen und erprobt. Der Prozess ermöglicht eine Indiumanreicherung bis zum Indiumhydroxid in einer Reinheit von 99,99 %. Die Chemikalienkosten für diesen Prozess belaufen sich gegenwärtig, bezogen auf den Labormaßstab, auf 189,40 €·kg-1 Indium. Diese liegen unter dem aktuellen Marktpreis von Indium. Die bisherigen Ergebnisse belegen, dass in der Realisierung dieses Verfahrens im technischen Maßstab erhebliches wirtschaftliches Potential steckt.

The effective behavior of composite materials is of great interest in materials science. The properties of such a material at the macroscale can be directly coupled to the properties of the material at the microscale. The random distribution of microscopic phases can be simulated using models of stochastic geometry. Random, two-dimensional, two-phase microstructures were constructed by stochastic simulation using the planar Boolean model. An extensive study was conducted to relate the effective hyperelastic material behavior to the stochastic parameters of the Boolean model and the physical parameters of the microstructure. Well-known approaches to determine the size of the representative volume element were adapted for this context and their results were compared.

Isocyanate sind wichtige Zwischenstufen bei der Herstellung zahlreicher Alltagsprodukte, von Matratzen über Lacke und Beschichtungen bis hin zu Kosmetika. Die industrielle Herstellung erfolgt mit Hilfe des reaktiven und giftigen Gases Phosgen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wird ein vierstufiger Prozess zur phosgenfreien Synthese von Isocyanaten untersucht. Ausgehend von Aminen werden N-Silylamine erzeugt, die im Anschluss mit CO2 zur Reaktion gebracht werden. Dabei bilden sich O-Silylcarbamate, die bereits die NCO-Einheit der Isocyanate tragen. Durch eine N-Silylierung werden N,O-Bis(silyl)carbamate gebildet. Die Stoffklassen der silylierten Carbamate werden durch diese Dissertation um mehrere, bislang unbekannte Vertreter erweitert. Die anschließende thermische Zersetzung liefert erfolgreich die gewünschten Isocyanate. Als Spaltprodukt bildet sich das ungiftige, inerte Hexamethyldisiloxan. Mit diesem patentierten Verfahren gelingt es, CO2 als Kohlenstoff- und Sauerstoffquelle in industriell wichtige Monoisocyanate zu überführen. Die Anwendung auf Diisocyanate wird beleuchtet und erzeugt Potenzial für fortführende Arbeiten.

This thesis is dedicated to the study of the turbulent fluid flow in rough-walled rock fractures. Fracture models were generated from 3D scans of fractured rock samples, while fluid flow was simulated numerically by means of FVM-based open-source CFD toolbox OpenFOAM, employing the high-performance computing cluster for the more demanding 3D models. First part of the thesis addresses the issue of fracture geometry. Realistic 2D and 3D fracture models were constructed from 3D scans of upper and lower halves of a fractured rock sample, taking both shear displacement and contact spots into account. Furthermore, we discuss the shortcomings of the available fracture aperture metrics and propose a new aperture metric based on the Hausdorff distance; imaging performance of the new metric is shown to be superior to the conventional vertical aperture, especially for rough fracture surfaces with abundant ridges and troughs. In the second part of the thesis we focus on the fluid flow through the rock fracture for both 2D and 3D cases. While previous studies were largely limited to the fully viscous Darcy or inertial Forchheimer laminar flow regimes, we chose to investigate across the widest possible range of Reynolds numbers from 0.1 to 10^6, covering both laminar and turbulent regimes, which called for a thorough investigation of suitable turbulence modeling techniques. Due to narrow mean aperture and high aspect ratio of the typical fracture geometry, meshing posed a particularly challenging problem. Taking into account limited computational resources and a sheer number of model geometries, we developed a highly-optimised workflow, employing the steady-state RANS simulation approach to obtain time-averaged flow fields. Our findings show that while flow fields remain mostly stationary and undisturbed for simpler contactless geometries, emergence of contact spots immediately triggers a transition to non-stationary flow starting from Re ∼ 10^2, which is reflected by the streaml

Ein durch den Lausitzer Braunkohlentagebau Welzow-Süd erschlossener, etwa 250 x 800 m ausgedehnter Aufschluss in den Sedimenten des sogenannten Senftenberger Elbelaufes bzw. der obermiozänen Rauno-Formation bot Anlass für umfangreiche Geländedokumentationen und eine Neubetrachtung der Thematik dieser Elbeablagerungen. Anhand verschiedener sedimentologischer und chemisch-mineralogischer Dokumentationen und Analyseverfahren wurden sowohl dieser Aufschluss als auch acht weitere Lokalitäten untersucht. Im Fokus der Auswertung standen zum einen eine detaillierte Milieu- und Geneseinterpretation der fluviatilen Sedimente im Tagebau Welzow-Süd, zum anderen die Frage nach der stratigraphischen Korrelation der durch quartäre Erosion isolierten Aufschlüsse. Das Ergebnis zeigt, dass die Senftenberger Elbe mit der Hebung des Oberlausitz-Plateaus als verflochtener Fluss vom späteren Elbtal aus durch die Lausitz Richtung Paläo-Nordsee strömte. Eine räumlich-zeitliche Korrelation der einzelnen Aufschlüsse und eine konkrete Flussverlaufsrekonstruktion sind nicht möglich. Auch die bisher etablierte Unterteilung der Senftenberger Elbe in drei zeitliche Abschnitte ist nicht belastbar. Es ist von einer variablen Flussverlaufsentwicklung mit zuströmenden Nebenflüssen auszugehen. Die biostratigraphischen Arbeiten verschiedener Autoren belegen ein obermiozänes bis pliozänes Alter.:Zusammenfassung Abstract Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Methodik 2.1 Geländeuntersuchungen 2.2 Laboruntersuchungen 2.3 Untersuchungen an Konkretionen 3 Regionale Geologie 4 Stand der Wissenschaft 5 Ergebnisse 5.1 Tagebau Auerhahn 5.2 Ehemalige Kiesgrube bei Brauna 5.3 Tagebau Cunnersdorf 5.4 Tagebau Laußnitz I 5.5 Tagebau bei Lauta 5.6 Tagebau Nochten 5.7 Tagebau Sallgast 5.8 Tagebau Welzow-Süd 5.9 Tagebau Wiesa 5.10 Korngrößenparameter 5.11 Kornform 5.12 Modalbestand der Gerölle 6,3 - 10 mm 5.13 Hellglimmer 5.14 Schwerminerale 5.15 Paläoströmung, The lignite opencast mine Welzow-Süd, Lusatia, provided an excellent outcrop of the fluvial sediments of the so-called Senftenberger Elbelauf (Rauno Formation, Upper Miocene) with a dimension of 250 to 800 m, that delivered new insights into the history of this former river. This location and additionally eight further outcrops were investigated using different sedimentological and chemical-mineralogical analyses. A detailed interpretation of the environment and genesis of the fluvial sediments in Welzow-Süd is given and the results for all investigated outcrops are related. After the uplift of the Upper Lusatian Plateau, the Senftenberger Elbe developed to a braided river, that ran through the Lusatian region towards the paleo North Sea. A precise reconstruction of the river channels way is not possible. A reliable spatiotemporal correlation of the single outcrops can’t be given. Furthermore, the so far established division of this river into three parts of different ages must be rejected. A complex river system with feeder channels and variable flow pattern is more probable. The biostratigraphic results of different authors prove an Upper Miocene to Pliocene age.:Zusammenfassung Abstract Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Methodik 2.1 Geländeuntersuchungen 2.2 Laboruntersuchungen 2.3 Untersuchungen an Konkretionen 3 Regionale Geologie 4 Stand der Wissenschaft 5 Ergebnisse 5.1 Tagebau Auerhahn 5.2 Ehemalige Kiesgrube bei Brauna 5.3 Tagebau Cunnersdorf 5.4 Tagebau Laußnitz I 5.5 Tagebau bei Lauta 5.6 Tagebau Nochten 5.7 Tagebau Sallgast 5.8 Tagebau Welzow-Süd 5.9 Tagebau Wiesa 5.10 Korngrößenparameter 5.11 Kornform 5.12 Modalbestand der Gerölle 6,3 - 10 mm 5.13 Hellglimmer 5.14 Schwerminerale 5.15 Paläoströmung 6 Interpretation und Diskussion 7 Zusammenfassung und Ausblick 8 Danksagung 9 Literaturverzeichnis

This thesis documents the development of a simulation strategy to model the behavior of geomembranes at large deformations using the explicit finite difference code FLAC3D. The geomembrane is represented by special shell elements and interfaces at both sides of the geomembrane duplicating the interaction with the overlying and underlying materials. Chapter 1 provides an introduction to geotextiles and geomembranes, and their use in geotechnical engineering. Special attention is paid to pull-out tests because of their importance to describe the behavior at large deformations. Chapter 2 describes the proposed ‘liner’ model concept to simulate the interaction of a geomembrane with the over- and underlying material. Furthermore, this chapter documents in detail the simulation of uniaxial pull-out tests for validation of the proposed ‘liner’ model concept and compares it with the FLAC3D built-in geogrid element. To clarify more clearly the potential failure (crack propagation and rupture process) of the geomembrane, the ‘liner’ model under biaxial loading was investigated in Chapter 3. Chapter 4 documents a detailed parameter study with a special focus on the stiffness and frictional behavior of the ‘liner’ element using a simplified waste dump. In chapter 5 a new constitutive model (“Femesalz”) is proposed to describe the visco-elasto-plastic behavior of crushed salt and waste rock salt, respectively. The “Femesalz” constitutive model together with the ‘liner’ model is applied to simulate the behavior of a rock salt waste dump (2.5-dimensional) to validate both, the new constitutive model “Femesalz” as well as the ‘liner’ model. Chapter 6 documents the use of the ‘liner’ element and the “Femesalz” constitutive model to simulate salt dump models in 2D and 3D on different terrain types (mountain, valley, plain) for a time of 100 years to generate large deformations. Chapter 7 contains the main conclusions and recommendations.:ABSTRACT AND STRUCTURE OF THESIS 2 ACKNOWLEDGM

The trend towards a more circular economy presents a unique challenge for the pyrometallurgical engineer. Secondary feeds bring complexity to the smelter in the form of non-traditional chemistries and minor elements. Models of furnaces will play an important role in this paradigm. Models should be able to predict operations in dynamic systems that do not always operate at equilibrium.The development of a top submerged lance (TSL) model was the subject of this study because the TSL has proven to be capable of treating secondary materials.The furnace consists of a vertical cylindrical vessel, containing molten slag and bullion at the bottom. A lance enters through the roof and the tip is submerged in the slag, into which gas and fuel are blown. Secondary or primary feeds, fluxes and reductants can be fed to the furnace. The reactions and interplay between the liquid phases, gas and added reductants set the temperatures and partial oxygen pressures in the furnace. The Connected Local Equilibria (CLE) method was followed to model the furnace. This approach offers the benefit that speciation can be modelled simultaneously for many elements from thermochemical databases. The methodology is to divide the furnace into several equilibrium volumes, based on expected material flows. With each time step, equilibrium in each volume is calculated by Gibbs free energy minimization. Material is then exchanged between volumes according to expected flows. To validate the method, small scale crucible experiments were carried out. Molten lead-containing ferric calcium silicate slags (PbO-FCS slag, also containing GeO2, TeO2 and SnO2 in concentrations ˂ 1 wt%) were reduced under controlled CO/CO2 atmospheres to produce lead bullion. The kinetics of the process were measured. Similar experiments were carried out with a copper-containing ferric calcium silicate system. The CLE method was applied to simulate the data, using HSC Sim software. The crucible was divided into four equilibrium v

Nichtlineare Finite-Element-Probleme sind unentbehrlich für die Modellierung und Simulation im Bereich der Mechanik. Für die Lösung solcher Probleme sind schnelle und robuste Algorithmen unverzichtbar. Nichtlineare FETI--DP-Verfahren haben ihre Robustheit und Skalierbarkeit für Probleme der nichtlinearen Strukturmechanik nachgewiesen. Typischerweise werden diese nichtlinearen FETI--DP-Verfahren in Kombination mit dem Newton-Verfahren oder Varianten des Newton-Verfahrens verwendet. Diese Verfahren sind nicht global konvergent. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie nichtlineares FETI--DP unter Verwendung einer exakten differenzierbaren Penalty-Funktion oder mittels eines SQP-Verfahren globalisiert werden kann. Es werden Standardkonvergenzaussagen, unter direkter Verwendung von nichtlinearer Elimination, welche ein zentraler Baustein für nichtlineares FETI--DP ist, bewiesen. Numerische Ergebnisse zeigen, dass die Robustheit und Skalierbarkeit durch die Globalisierung erhalten bleiben.

Europa erlebte in den letzten 20 Jahren einige sehr heiße und trockene Sommer mit regionalen Rekordwerten heißer Temperaturen oder geringer Niederschlagssummen. In anderen Jahren führten Starkregen zu Überflutungen unterschiedlichen räumlichen Ausmaßes. Da solche Extremereignisse mit vielfältigen negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesellschaft, natürliche Ökosysteme und verschiedene Wirtschaftssektoren verbunden sind, ist die langzeitliche Veränderung in ihrem Auftreten im Rahmen der globalen Erwärmung von großer Bedeutung. Konzepte: Maßgeblich für die Qualität von Klimawandel(folgen)studien ist die Verfügbarkeit und Qualität von Daten. Daher werden Konzepte für die Sicherstellung einer zuverlässigen und vergleichbaren Datenbasis entwickelt. Für die Beschreibung der Eigenschaften eines bestimmten Ereignisses existiert eine Vielzahl an Definitionen und Indizes, was zu unterschiedlichen Ergebnissen von Studien führen kann, welche die zeitlichen Veränderungen der Charakteristik solcher Ereignisse analysieren. Die Integration einer Reihe von Indizes in einen aggregierten Index ermöglicht eine robustere Bewertung der Klimabedingungen und Trends. Die Vergleichbarkeit von Klimafolgenbewertungen verlangt zudem die Verwendung eines gemeinsamen Analyserahmens sowie abgestimmter Datensätze (Beobachtungsdaten, Klimaprojektionen) und Methoden (z.B. Untersuchungszeiträume, Ensemble-Ansatz, Qualitätsbewertung, Korrekturalgorithmen, Impactmodelle und -indizes, Elemente der Klimafolgen- oder Risikoanalyse). Trends: Sommerliche Trockenheit hat über weiten Teilen Europas – mit Ausnahme des Nordens – zugenommen. Besonders stark zugenommen haben die Dürrebedingungen im Sommerhalbjahr für Indizes, welche die Evapotranspiration einbinden. Der reine Fokus auf den Niederschlag zur Bewertung von Dürre in verschiedenen Speichern des Wasserkreislaufs ist unzureichend. Neben dieser beobachteten Zunahme in der Sommertrockenheit, ist auch für die Intensität von Starkniederschlagsereigniss, Over the last 20 years, some very hot and dry summers affected Europe, regionally resulting in record breaking high temperature or low precipitation values. In other years, torrential rains led to flood events at different spatial scales. Long-term changes of such extreme events within a warming world are of great relevance, as they are connected with manifold negative impacts on human society, natural ecosystems and diverse economic sectors. Concepts: The quality of climate change (impact) studies is often hampered by availability and quality of datasets. Thus, concepts for securing reliable and comparable data are developed and applied. For the description of the characteristics of a specific event a vast number of definitions and indices exists. Therefore, results on the temporal changes of event characteristics may differ between studies. By integrating a number of indices into an aggregated index, a more robust evaluation of the climate conditions and trends is facilitated. Furthermore, comparable climate impact assessments demand a common analysis framework with agreements on the data bases (observational data and climate projections) and methodologies (e.g., study periods, ensemble approach, quality assessment, correction algorithms, climate impact models and indices, elements considered in the impact or risk analysis). Changes: Summer drought conditions increased over most of Europe, except for some stations in northern Europe. Thereby, the observed increase in drought conditions during the warm part of the year is particularly pronounced for indices integrating evapotranspiration in their definition. Purely focussing on precipitation to evaluate drought conditions in the different water reservoirs does not suffice any longer. While observing increases in summer drought, the intensity of heavy precipitation events as well as their contribution to total precipitation show a positive trend over Europe, too. Several stations in Central Europe show increasing dr